缓冲交叉开关交换结构多播调度算法研究

高性能核心交换设备多播调度受到越来越多的关注.交叉开关结构下的多播调度方案或者性能较差,或者过于复杂,难于应用在高速交换场合.为此,提出一种面向多播的多输入队列缓冲交叉开关体系结构.将多播调度分解为信元分派、输入调度、输出调度3个可分布式并行执行的子问题,并设计了相应的调度算法,降低了算法复杂性.实验结果表明,交叉点缓冲区容量与输入队列数量对多播性能都具有很大的影响.在突发流量到达下,与单多播输入队列的体系结构相比,无论是采用O(1)复杂度的HA-RR-RR还是复杂度更高的调度算法,均能显著提高系统吞吐性能.     

一种适合于多播和单播的集成调度算法

具有输入队列结构的路由器或交换机内部交换可以工作在线路速率上,适应了高速网络交换的要求,但现有输入队列调度方案将单播和多播流量分开考虑,使用不同的交换结构和调度算法,不适合网络中多播流和单播流并存的实际情况．该文提出一种不区分多播、单播分组,遵循同一入队策略和同一调度规则的集成调度算法EOPF、(Extented Oldest Port First)．仿真实验表明EOPF算法在各种多播和单播负载组成比例下始终保持高吞吐率,并能在全单播流量下达到100％吞吐率,适合于多播、单播混合存在的网络流量。     

多QoS约束的多播路由协议的改进

随着Internet、移动网络及高性能网络的不断发展，具有QoS约束的多播路由技术已成为网络及分布式系统领域的一个重要研究课题。文章研讨了具有多QoS约束的多播路由问题，其中主要包含延迟、延迟抖动、带宽、代价等QoS约束。针对现有多Qos约束的多播路由算法进行了改进，不仅有效减少了生成多Qos约束的多播树开销，而且能够很好地支持组成员的动态加入和离开，而不干扰现有的多播树。算法实例证明改进后的算法减少了报文转发的数量，从而降低了多播树生成时间。     

面向分布式内存访问的低延迟InfiniBand接口

分布式内存文件系统将所有数据存放在内存中,能够大大提高数据吞吐率和降低数据访问延迟.采用高带宽、低延迟的互联方案连接各个存储节点,是实现高性能分布式内存文件系统的关键.主要研究InfiniBand接口技术,通过通信接口直连、层次结构精简和报文格式优化等途径,基于FPGA设计并实现一种低延迟的互联方案.测试结果表明,采用该方案在16B数据负载的情况下可以达到1.31μs的低延迟.     

一种基于遗传算法的多约束QoS多播路由优化算法

随着Internet、移动网络和高性能网络的不断发展,在网络和不确定参数下具有多约束QoS多播路由优化技术已成为网络及分布式系统领域的一个重要研究课题,这也是下一代Internet和高性能网络的难题。它吸引了许多爱好者。论文研讨了具有多约束QoS多播路由问题,其中主要包含延迟、延迟抖动、带宽、分组丢失率等QoS约束,文中描述了一种适应于研究QoS多播路由的网络模型。论文在网络环境及不确定参数下,提出了一种在网络规模、可行性方面优化Internet、移动网络和其他高性能网络的基于遗传算法的多约束QoS多播路由优化算法(MQROGA)。MQROGA在网络环境及不确定参数下能够优化网络资源,如带宽、延迟、分组丢失率等得到一个最优解和次优解。仿真实验结果表明,MQROGA为QoS多播路由提供了一种新的有效途径。     

多QoS约束的多播路由协议

随着高性能网络、移动网络及Internet的不断发展,具有QoS约束的多播路由技术已成为网络及分布式系统领域的一个重要研究课题.研讨了具有多QoS约束的多播路由问题,其中主要包含延迟、延迟抖动、带宽、代价等QoS约束.描述了一种适应于研究QoS多播路由的网络模型,提出了一种具有多QoS约束的多播路由协议(multicast routing protocol with multiple QoS,简称MRPMQ).MRPMQ试图有效减少生成多QoS约束的多播树的开销.在MRPMQ中,一个多播组成员能够动态地加入/退出一个多播会晤,且不干扰现有的多播树.给出了该协议的正确性证明和复杂性分析.仿真实验结果表明,MRPMQ为多QoS约束多播路由提供了一种新的有效途径.     

实时虫洞寻径技术研究

该文提出一种新的实时虫洞寻径技术,它具有高性能、低造价的特点,支持同步多播。根据这一技术,开发的时计算网络TRnet具有低延时、高吞吐量的特性。RTnet采用目标节点地址寻径,其寻址信令长度短,建立时间小于SCI和FC,吞吐量高于SCI和FC。通过测试,交换机建立连接的时间小于0.1μs,10位数据通过交叉开关为8ns,端到端的通信延迟小于10μs,可以支持高性能实时计算。     

基于P2P的MMOG兴趣域内多播改进算法

针对SCRIBE在解决基于P2P的巨量多玩家网络游戏兴趣域内多播时,产生的多播效率低、游戏状态数据同步性差问题,提出一种SCRIBE改进多播算法,该算法考虑P2P网络中终端节点在带宽和计算能力上的异构性,同时保证同一组中节点具有共同的兴趣。仿真结果表明,该算法能够在较大程度上减小消息冗余和降低多播延迟,提高游戏状态数据的同步性。     

基于多FIFO输入队列交换结构的迭代匹配算法性能分析与比较

对于输入端口具有单FIFO（先入先出）队列的输入缓冲交换机（如ATM）,影响交换吞吐率的主要因素是信头阻塞（HOL）。文章给出了输入端口具有多FIFOl队列的信元交换机结构,阐述了PIM、iSLIP、iLRU、iLQF等多种迭代匹配算法,并对它们的性能进行了分析和比较。     

一种基于节点能力区分的Pareto最优网络编码组播方法

快速数据分发在突发事件响应,军事领域等具有重要的应用。针对异构用户节点群体下快速数据分发问题,提出基于能力区分的拓扑构建和速率控制的网络编码组播协议CORE。CORE利用能力区分的自适应层次化拓扑构建鼓励节点提供高的上传带宽并优化系统范围吞吐率;利用直方图的方式对基于网络编码的数据传输进行流量控制,降低冗余数据的传输;基于分布式的速率控制实现Pareto最优的下载速率分配。实验结果表明CORE具有良好的可扩展性,能够充分利用异构节点的上传能力,提供区分的下载带宽分配,较高的数据传输吞吐率、低端到端网络延迟,能够提供异构网络环境下分发时间紧迫的数据分发服务。     

面向HPC互连网络的低延迟前向纠错编码研究与实现

当前主流高性能互连网络的端口速率已达到100~400 Gbps,其单通道速率已达到25~50 Gbps。在这种高速率的网络上传输数据,前向纠错编码是提高其可靠性的必要技术。以太网国际规范IEEE 802.3采用的前向纠错编码为RS(528,514)和RS(544,514),但是这2种码型难以满足高性能互连网络在低延迟方面的性能需求。首先,分析了RS的编码和译码结构,并定量研究了RS码型参数与编解码延迟之间的关系。接着,提出了一种面向当前高性能互连网络的新型低延迟编码—RS(271,257),并比较了该码型在占用带宽和纠错能力等方面的优缺点。最后,实现了基于RS(271,257)的低延迟网络编码子层,并对其进行了资源消耗评估和延迟性能模拟。综合考虑资源消耗、纠错能力和延迟性能3方面因素,RS(271,257)是一种理想的低延迟前向纠错码型,可满足当前面向HPC的低延迟高性能互连网络的编码子层的设计需求。     

面向大规模计算集群的多轨分割网络

在千万亿次规模的系统中,互连网络设计面临新的挑战.高性能节点和大规模是构建千万亿次系统的主要技术趋势,不断提高的节点计算能力要求互连网络提供更高的性能,而不断增大的规模又对互连网络扩展性提出了更高的要求.此外,随着系统规模的增大,集合通信的执行时间也在不断增长,制约了应用的扩展性,集合通信的性能需要得到进一步优化.除性能之外,可靠性问题也随着系统规模的扩大而日益严重.而随着计算节点性能的不断提高,互连网络逐渐成为限制大规模计算机系统性能的瓶颈.互连网络核心部件交换芯片可提供的聚合网络带宽受到工艺和封装技术的限制.从网络结构与交换机结构的协同设计思想出发,提出了一种在交换机聚合带宽限定的条件下多轨分割网络结构和设计方法.通过数学建模和网络模拟仿真,分析了该多轨分割网络的性能边界.评测结果表明:该网络可将短消息(长度小于128B)的平均延迟性能提高10倍以上,为以短消息占多数的数据中心网络的性能优化提供了新思路.     

InfiniBand交换机基板管理的研究与实现

作为一种互连技术,InfiniBand技术具有高带宽、低延时等许多优势,被认为是消除当前I/O架构性能瓶颈的一种新途径.InfiniBand子网实现了数十个到数百个节点间的高速互连与数据传输.目前,InfiniBand技术已在高性能计算领域得到广泛应用,正逐渐成为高性能计算互连的首选协议.基板管理实现对InfiniBa...     

Designing a Crossbar Scheduler for HPC Applications

A crucial part of any high-performance computing (HPC) system is its interconnection network. Corning and IBM are jointly developing a demonstration interconnect based on optical cell swtiching with electronic control. Key innovations in the scheduler architecture directly address the main HPC requirements: low latency, high throughput, efficient multicast suppot, and high reliability.     

面向机群互连网络的智能网卡设计

在机群系统中,机群的互连网络性能对整个机群系统的性能有着至关重要的影响。机群系统要求互连网络具有高带宽、低延迟、高可靠等特性,因而通常需要研究专用的网络以满足这一要求。该文介绍了一种面向机群系统互连网络的基于i960VH的智能网卡的设计和实现方法,该网卡采用可编程逻辑器件EPLD实现网络接口设计,采用DMA方式提高网络传输带宽,采用全流水方式减小网络传输延迟,并通过将通讯协议下载到网卡上来执行以提高计算和通讯的重叠。实测表明,在不包括上层协议的情况下,网卡到网卡的传输延迟为3us,节点到节点数据传送带宽可达500Mbit/s。     

片上光网络:一种新型片上互连网络

随着单个芯片上集成的处理器的个数越来越多,传统的电互连网络已经无法满足对互连网络性能的需求,需要一种新的互连方式,因此光互连网络技术应运而生.目前,电互连的片上网络在功耗、性能、带宽、延迟等方面遇到了瓶颈,而光互连作为一种新的互连方式引用到片上网络具有低损耗、高吞吐率、低延迟等无可比拟的优势.本文主要探讨了片上光网络的...     

Detailed and clock-driven simulation for HPC interconnection network

Performance and energy consumption of high performance computing (HPC) interconnection networks have a great significance in the whole supercomputer, and building up HPC interconnection network simulation platform is very important for the research on HPC software and hardware technologies. To effectively evaluate the performance and energy consumption of HPC interconnection networks, this article designs and implements a detailed and clock-driven HPC interconnection network simulation platform, called HPC-NetSim. HPC-NetSim uses applicationdriven workloads and inherits the characteristics of the detailed and flexible cycle-accurate network simulator. Besides, it offers a large set of configurable network parameters in terms of topology and routing, and supports router’s on/off states.We compare the simulated execution time with the real execution time of Tianhe-2 subsystem and the mean error is only 2.7%. In addition, we simulate the network behaviors with different network structures and low-power modes. The results are also consistent with the theoretical analyses.     

集群高速互连网络分析

集群是当今高性能计算领域的重要发展方向,高速互连网络是构建高性能集群系统的关键技术,它是影响集群系统整体性能的关键因素.本文对几种用于集群互连的高带宽、低延迟高速互连网络进行了分析与比较,最后指出了高速互连网络的未来发展.     

一种基于Chiplet集成技术的超高阶路由器设计

高带宽、低延迟的高阶路由器对于构建大规模可扩展的互连网络有着重要的作用,但是受限于单个路由芯片设计复杂度的不断增加以及摩尔定律、登纳德缩放定律的放缓与停滞,在单个路由芯片上扩展更多的端口数将变得越来越难。Chiplet将多个裸片以特定的方式集成在一个高级封装内,形成具有特定功能的大芯片,以此解决芯片设计中涉及的规模、研制成本和周期等方面的问题。根据Chiplet集成技术的思想,利用已有的路由芯片,提出了一种基于Chiplet的128端口高阶路由器,这种高阶路由器内部是一个由多个Switch Die以二层胖树拓扑构成的网络。通过实际的RTL级代码仿真测试,对比于单芯片的高阶路由器设计方式,所设计的路由器在扩展了更多端口数的同时,还能够达到较好的性能。     

Bandwidth guaranteed multicast scheduling for virtual output queued packet switches

Multicast enables efficient data transmission from one source to multiple destinations, and has been playing an important role in Internet multimedia applications. Although several multicast scheduling schemes for packet switches have been proposed in the literature, they usually aim to achieve only short multicast latency and high throughput without considering bandwidth guarantees. However, fair bandwidth allocation is critical for the quality of service (QoS) of the network, and is necessary to support multicast applications requiring guaranteed performance services, such as online audio and video streaming. This paper addresses the issue of bandwidth guaranteed multicast scheduling on virtual output queued (VOQ) switches. We propose the Credit based Multicast Fair scheduling (CMF) algorithm, which aims at achieving not only short multicast latency but also fair bandwidth allocation. CMF uses a credit based strategy to guarantee the reserved bandwidth of an input port on each output port of the switch. It keeps track of the difference between the reserved bandwidth and actually received bandwidth, and minimizes the difference to ensure fairness. Moreover, in order to fully utilize the multicast capability provided by the switch, CMF lets a multicast packet simultaneously send transmission requests to multiple output ports. In this way, a multicast packet has more chances to be delivered to multiple destination output ports in the same time slot and thus to achieve short multicast latency. Extensive simulations are conducted to evaluate the performance of CMF, and the results demonstrate that CMF achieves the two design goals: fair bandwidth allocation and short multicast latency.